Вековое заблуждение рухнуло: сенсационное открытие объясняет скользкость льда

Почему лёд такой скользкий? На этот вопрос учёные искали ответ больше века. С XIX века бытовало мнение, что скольжение связано с давлением обуви или трением, которое вызывает плавление поверхности. Однако новое исследование команды из Саарландского университета, опубликованное в журнале Physical Review Letters, полностью меняет представления о природе этого явления.

Что выяснили учёные

Оказалось, что ключевую роль играют вовсе не механические факторы, а молекулярные процессы. Речь идёт о диполях — свойствах молекул, при которых у них возникают области с частичными положительными и отрицательными зарядами.

"Оказывается, ни давление, ни трение не играют особой роли в формировании тонкого жидкого слоя на льду", — пояснил профессор Мартин Мюзер.

Когда подошва обуви или лыжа соприкасается с поверхностью льда, диполи материала начинают взаимодействовать с диполями молекул воды в кристаллической решётке. Эти взаимодействия разрушают упорядоченность верхнего слоя, превращая его в тонкую жидкую плёнку. Именно она и создаёт эффект скольжения.

Почему это важно для науки

Такое открытие не только опровергло старые представления, но и помогло объяснить ряд явлений. Например, считалось, что катание на лыжах при температуре ниже -40 °C невозможно из-за отсутствия жидкой смазки. Но исследования показали: жидкая плёнка образуется и при экстремальном холоде.

"Дипольные взаимодействия сохраняются при экстремально низких температурах. Жидкая плёнка всё ещё формируется на границе раздела лёд-лыжа", — отметил Мартин Мюзер.

Правда, при таких условиях она становится густой и вязкой, словно мёд, поэтому движение действительно сильно затрудняется.

Перспективы исследований

Понимание того, что именно диполи ответственны за образование жидкой плёнки, открывает новые возможности для физики твёрдых тел и поверхностных взаимодействий. Это знание может быть полезно при разработке спортивного инвентаря, улучшении материалов с противоскользящим покрытием и даже в создании новых технологий для управления трением.

Для обычного человека причина скольжения не имеет большого значения — лёд остаётся опасным в любом случае. Но для науки это прорыв, исправляющий вековое заблуждение и открывающий новые горизонты в изучении природы вещества.

Три интересных факта

1. Первую теорию о скольжении льда из-за давления выдвинул ещё в XIX веке Майкл Фарадей.
2. Толщина жидкой плёнки на поверхности льда может составлять всего несколько нанометров.
3. Понимание молекулярных процессов уже используют в разработке новых типов зимней спортивной экипировки.